AVL CRUISE M作為一款多物理場系統仿真工具，支持用戶開展新能源整車能量管理虛擬仿真，本篇文章為您詳細介紹AVL CRUISE M整車能量管理應用流程。

新能源汽車的耗能部件越來越多，結構越來越復雜，并且系統關聯性更強，集成度也更高，如果是采用試驗的方法進行整車能量優化工作，成本和周期都會大大增加。AVL基于這些挑戰開發出一款多物理場系統仿真工具AVL CRUISE M， 能夠在一個模型中集成機械、電氣、氣路、熱網絡、兩相流等多個物理場，系統考慮發動機、變速箱、傳動系統、電氣化動力總成部件、冷卻潤滑、空調客艙等，仿真分析在循環工況下整車能量傳遞過程，有效監控各個系統或部件的能耗占比，為實現整車層級能耗最優提供支持。

對于純電動汽車，動力電池的化學能轉化為電能，再通過電機轉換為機械能驅動車輛。電池是唯一的能源，無論是車輛驅動還是熱管理系統，都需要從電池獲取能量。因此如何在保證安全性、舒適性、可靠性的前提下，確保電動車能耗最低，續航最優是當前OEM面臨的難點課題。AVL CRUISE M能夠搭建詳細的整車能量管理系統模型，包括動力傳動系統、動力總成熱管理系統以及空調客艙系統，基于此，支持分析優化各個系統性能，做到各個系統之間的耦合控制最優，從而，使得整車能耗最低。接下來，詳細介紹AVL CRUISE M整車能量管理應用流程：

第一步：動力傳動系統建模和仿真

動力傳動系統模型是整車能量管理模型中最基礎也是最重要的部分，能夠提供車輛運行的速度，轉矩等工況信息，主要包括動力系統和傳動系統兩部分，用來模擬動力輸出（發動機或電池），以及動力傳遞到輪端，產生驅動力，使得汽車能以一定的速度行駛。

AVL CRUISE M支持搭建各種不同類型的動力傳動系統模型，包括純電動車、混合動力車輛、傳統燃油車、燃料電池車。上圖為純電動車動力傳動系統模型。

基于搭建的動力傳動系統模型，可以開展如下整車動力性經濟性能仿真：

1）加速性能仿真 2）最高車速仿真 3）爬坡性能仿真 4）續航里程仿真

除了按照建模流程手動搭建動力傳動系統模型，AVL CRUISE M還提供了一種快速搭建動力傳動系統模型的工具Powertrain Model Generator，目前，支持傳動車（MT/AT/DCT/CVT）、純電車、混動車和燃料電池車等。

基于動力傳動系統模型，在預研及虛擬開發階段，能夠基于整車動力性經濟性開發KPI進行動力總成架構選型匹配、動力總成部件選型、關鍵動力系統部件進行參數優化。

第二步：動力總成熱管理系統建模

動力總成熱管理系統主要包括以下四部分：

1）發動機熱管理系統，AVL CRUIS M支持搭建發動機冷卻潤滑回路，模擬流經發動機水套的高溫冷卻液通過散熱器與環境實現熱量交換，低溫下實現快速暖機，冬天實現對客艙進行加熱；

2）變速箱熱管理系統：搭建包括油泵，潤滑油路等，模擬潤滑油對變速器進行冷卻；

3）電池熱管理系統：搭建電池水冷板和冷卻液回路，模擬高溫下chiller與制冷劑回路換熱，通過冷板對電池進行溫度控制；低溫下，通過熱泵或者PTC對冷卻液進行加熱，從而通過冷板對電池進行加熱，使其工作在較為合適的溫度范圍內；

4）電機熱管理系統：建立包括油泵的油冷回路，或者冷卻液回路，通過換熱器與外部環境或者其他回路進行換熱，從而控制電機的工作溫度。

純電動車的熱管理對續航影響更為明顯，上圖為電池熱管理系統，主要包括兩部分，右側為電池的水冷板建模，左側為電池的冷卻回路建模。可以基于需求，搭建不同詳細程度的模型，電芯級、模組級以及整包級，來模擬電池內部的熱管理回路，從而實現電池溫度監測和控制。

AVL CRUISE M支持從三維CFD模型轉為1D詳細的熱網絡模型，不僅能夠提高一維熱管理模型建模效率，而且能夠提高模型精度。

對于電機熱網絡模型，同樣支持3D轉1D的熱管理模型建模。也支持基于AVL CRUISE M中模塊搭建相應的模型。

以水冷電機為例，水冷電機熱管地路徑為：軸-軸承-轉子-定子-殼體-冷卻水套，將每個發熱環節、傳熱路徑離散出來，以傳熱質量塊的形式，模擬分析各個熱源之間熱傳遞路線。然后，搭建冷卻回路模型，與各個熱質量塊進行換熱。

第三步：整車空調系統建模

對于純電車而言，空調系統對高溫和低溫的續航影響很大，研究表明，低溫下，AC ON會導致續航里程40%左右的降低，有必要搭建詳細的空調系統模型，在虛擬環境下優化空調系統的策略，保證舒適性和經濟性。空調系統主要包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器、儲液罐、高低壓管路電氣控制裝置等零部件系統。一般空調實現的功能是制冷，但是可以通過一個四通換向閥將冷凝器和蒸發器功能互換，實現制熱，也就是熱泵模式。

如上圖，為控制制冷模式和熱泵模式，在制冷劑回路中通過冷凝器冷凝方法，蒸發器蒸發吸熱實現客艙內部和外部環境之間的熱交換，從而實現客艙的降溫和采暖的功能。在整個回路會涉及到制冷器與空氣的換熱，制冷劑與電池冷卻回路換熱，AVL CRUISE M中換熱器模型方便搭建此換熱模型，并基于VLE calibration自動標定工具自動標定蒸發器或者冷凝器的換熱量。

除此之外，還需搭建乘客艙模型，模擬與空調系統耦合，對整個降溫采暖，混風控制，鼓風機風量進行模擬。

第四步：整車能量管理系統耦合仿真

整車能量管理關注的是整車層級的經濟性，需要將各個系統連接起來（機械、電氣、熱、控制），實現整車能量管理系統的完整建模，如下圖為純電動車完整的能量管理模型，基于此模型，可以仿真分析系統級的能耗，開展能量流分析，從而從整車經濟性角度進行分析和優化。

第五步：系統優化及DOE

AVL CRUISE M自帶兩種優化工具DOE和Optimization，可以將關鍵KPI（如高低溫續航、百公里電耗）設置為目標，將需要優化的參數設為變量，進行自動尋優：

· 常用的優化和DOE內容

①主減速比 ②部件優化 ③壓縮機和泵性能map優化 ④能量回收控制邊界，如回收強度

⑤熱管理控制邊界，如閥開啟關閉的溫度 ⑥管路支持或節流口大小控制參數